JPH0950116A - フォトマスク及びその製造方法並びにそのフォトマスクを用いた露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハーフトーン膜による高い光コントラストを
維持しながら、ステップアンドリピート方式での露光の
際の多重露光を防止することを可能とする。 【解決手段】 透明基板１上に、ハーフトーン膜２、遮
光膜３、及びレジスト４がこの順に成膜されたものに対
して、エリア毎に露光量を調節して膜厚差を有するよう
にレジスト４を除去する。その膜厚差を利用して、ハー
フトーン膜２及び遮光膜３に所定のパターンを形成す
る。このハーフトーンパターンはウェハ上のレジストに
転写するためのパターンである。また、遮光膜３は、チ
ップ間を分離するスクライブラインの内側エッジとフォ
トマスクの外周との間に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステップアンドリ
ピート方式で露光する際に発生する多重露光を防止する
フォトマスク及びその製造方法並びにそのフォトマスク
を用いた露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体や集積回路等を製造する
ための露光方法として、拡大マスク（レチクル）を用い
縮小レンズによりパターンを縮小して、ウェハ上のレジ
ストに転写する縮小投影露光が知られている。この縮小
投影露光を行ってマスクパターンを転写する場合に、マ
スク透過光に位相を導入することによって、ウエハ上の
レジストパターンの解像度及び焦点深度を向上させる方
法がある。つまり、フォトマスク上の不透明部（遮光
部）を挟む両側の光透過部（開口部）の少なくとも一方
に、透過光の位相を１８０°反転させる透明膜（以下、
「シフタ」と称する）を配置すればよい。

【０００３】しかしながら、複雑な素子パターンを作成
するためにはシフタの配置が困難であったり、マスクの
製造工程も従来に比べて倍増するという問題があった。
そこで、上記シフタの作成を不要とするために、パター
ンを形成するための遮光部に半透明膜（以下、「ハーフ
トーン膜」と称する）を用いたフォトマスク（以下、
「ハーフトーンマスク」と称する）の構成が特開平４−
１３６８５４号公報に開示されている。これは、開口部
を透過する光に対して、ハーフトーン膜からの若干の漏
れ光（一般的に６〜１０％）を１８０°位相反転するこ
とにより、位相シフト効果を得るものである。

【０００４】このハーフトーンマスクは、当初クロムと
ＳｉＯ₂ （ＳＯＧ等）との二層構造であった。そして、
クロムの膜厚を薄くすることにより透過率を、また、Ｓ
ｉＯ₂ の膜厚及び屈折率を調整することにより位相差を
制御していた。尚、ＳｉＯ_２の膜厚は、 ｄ＝λ／（２ｎ−２） で示される。但し、ｎは屈折率、λは露光光の波長であ
る。

【０００５】しかし、ＳｉＯ_２ が非金属材料でレーザ
ーに熱吸収がないため、従来のクロムパターンの欠陥修
正と同様のレーザーザッピングがＳｉＯ₂ パターンの欠
陥修正に適用できないという位相シフト法本来の問題点
が残っていた。この問題に対してシフタの代替材料が検
討された結果、特開平７−１４０６３５号公報にＭｏＳ
ｉ等を酸窒化した膜を採用する構成が提案されている。
これにより、従来のレーザーザッピングが欠陥修正工程
に適用可能となった。さらに、このＭｏＳｉ等を酸窒化
した膜は反応性スパッタ条件によって酸素や窒素の含有
率の制御ができるため、単層膜で透過率及び位相差を同
時に満足することを可能とした。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、縮小投影露
光でマスクパターンを被転写基板、例えばウェハに転写
する場合、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光
装置（以下、「ステッパ」と称する）を使用することが
できる。このステッパで用いられるフォトマスクは、１
つまたは複数の集積回路チップの回路パターンが描か
れ、チップ領域の外側を囲むスクライブラインが設定さ
れている。スクライブラインは、例えば、本発明の説明
図である図３（ａ）においてスクライブラインの外側エ
ッジＳＯと内側エッジＳＩとで囲まれた領域である。

【０００７】図５（ａ）に一般的なステップアンドリピ
ート方式の露光方法を示す。ステッパのブラインド１８
に対して、所定パターンが形成されたハーフトーン膜を
有する透明基板１７（フォトマスク）が配置され、ウェ
ハの被加工材２０上のレジスト１９において、ほぼブラ
インド１８のエッジ間に対応した領域（図中の斜線部）
が露光される。

【０００８】通常、ステップアンドリピートの際のステ
ップピッチは、集積回路チップのサイズ（ＳＩ−ＳＩ間
の距離）にスクライブライン幅（ＳＩ−ＳＯ間の距離）
を加えた値としている。すなわち、ステップピッチは、
スクライブラインのセンターＳＣ・ＳＣ間の距離に一致
する。したがって、次の領域を露光する場合、図５
（ａ）に示す右側のセンターＳＣが図５（ｂ）に示す左
側のセンターＳＣに一致するようにウェハが移動する。

【０００９】このため、最初の露光領域Ｉ’と次の露光
領域II’とが重なる多重露光部III’が形成され、スク
ライブラインは常に２重露光となる。さらに、スクライ
ブラインのコーナー部は他の隣接する露光領域と重な
り、４重露光となる。

【００１０】従来のクロムマスクでは、スクライブライ
ン上は遮光膜で覆われていたので、スクライブライン上
は遮光されていたが、ハーフトーンマスクは遮光部が若
干の透過率を有するハーフトーン膜である。したがっ
て、一回の露光ではレジスト１９は遮光部の数％の露光
量を受けるだけだが、多重露光されるとレジスト１９の
受ける露光量が増えるので、多重露光部III ’のレジス
ト抜け、あるいは膜減り等が問題となる。

【００１１】また、図３（ａ）のフォトマスクの平面図
において、ステッパのブラインドエッジＢＥはスクライ
ブラインの外側エッジＳＯと一致させることができれば
良いが、通常、位置合わせ余裕を考慮し、間隔Ｗ（約２
ｍｍ）程度外側エッジＳＯよりも外側に位置している。
このため、図５（ｂ）に示すように、ブラインドエッジ
ＢＥと外側エッジＳＯとの間隔エリアに対応するレジス
ト１９上の領域IV’は、隣接する集積回路チップ内のデ
バイス（レジスト）パターンと多重露光となる。この場
合、上記フォトマスク上の間隔エリアの透過率がゼロで
ない限り、デバイスパターンには追加露光量に応じた寸
法変動が生じることになる。

【００１２】この対策として、例えば、特開平６−１７
５３４７号公報に、遮光したい領域に縮小投影露光系の
解像度限界以下のピッチでパターンを配置し、逆位相の
光干渉効果により透過率を低減する方法が開示されてい
る。例えば、ｉ線ステッパを想定した場合、必要な遮光
効果を得るためには、ピッチ２．０μｍ（このうち約１
／２が開口部）前後で開口部は±０．２μｍ程度の精度
で加工する必要がある。尚、約２０％の露光量でレジス
ト膜の膜減りが起こるなら、透過率が約４％以下の遮光
効果を得る必要がある。

【００１３】しかしながら、上記遮光を目的としたパタ
ーンの異常（例えば、マスク欠陥、部分的開口サイズ異
常）を０．２μｍの精度でフォトマスク自動欠陥検査機
を用いて検出することは、現在の技術では非常に困難で
ある。したがって、上記従来の技術では、フォトマスク
段階で遮光性能の保証ができないという問題点がある。

【００１４】別の対策として、ハーフトーン膜だけでな
く、遮光膜を回路パターン形成領域の周辺領域に積層す
ることで、多重露光を防ぐことも提案されている。しか
し、ハーフトーン膜からなるパターンと遮光膜からなる
パターンとは別のパターニング工程で形成されるので、
位置合わせ精度が良くない。したがって、スクライブラ
インの内側エッジＳＩと遮光膜のエッジとを整合させる
ことは難しく、図５（ｂ）で示す多重露光部III ’を精
度良くなくすことができない。

【００１５】また、スクライブライン上にはバーニアや
線幅測定用パターン、さらにはテストパターン等も形成
されるが、遮光膜形成領域内にこれらのパターンを形成
することはほとんど不可能であり、遮光膜はそれらのパ
ターンの外側、つまりスクライブラインの外側エッジＳ
Ｏ付近から外側に遮光膜が形成される。そうすると、ス
クライブライン上は多重露光されることになり、スクラ
イブライン上の種々のパターンの寸法変動が生じてしま
う。

【００１６】このようなスクライブライン上での多重露
光を防ぐためには、ステップピッチを大きくして多重露
光領域をなくすこともできるが、それではステップピッ
チで定義されるチップサイズが大きくなり、ウェハ上に
形成できるチップ数が少なくなってしまう。

【００１７】それらを防止するためにスクライブライン
上に遮光膜を配置し、スクライブライン上のパターンは
遮光膜とハーフトーン膜とからなるパターンを同時にパ
ターニングして形成することも考えられるが、それでは
フォトマスク内に遮光膜パターンとハーフトーン膜パタ
ーンとが混在することになる。しかし、ハーフトーン膜
パターンのための最適露光量と遮光膜パターンのための
最適露光量とが異なるなど、露光条件が違うため、両者
を同時に適正に転写することは困難である。例えば、
０．４μｍの幅のパターンの場合、ハーフトーン膜パタ
ーンの最適露光量を得るための露光時間が３００ｍｓｅ
ｃ、遮光膜パターンでは８００ｍｓｅｃとすると、３０
０ｍｓｅｃの露光を行えば遮光膜パターンでは露光不足
となり、解像しないか、解像してもパターンの幅が狭く
なってしまう。

【００１８】また、フォトマスクの製造工程において、
ハーフトーン膜をパターニングするためのレジストへの
電子ビーム（ＥＢ）露光におけるレジストの終点検出
は、単枚ディップ形態で現像液を介してフォトマスク表
面と対向電極との間を流れる微小電流を検知する方法が
知られている。ここで、フォトマスク表面においてレジ
ストが溶解して金属膜が露出した部分が電極となる。こ
の方法では、現像の終点検出を精度よく安定的に行うた
めには、フォトマスク表面（電極部分）のシート抵抗を
小さくして、微小電流を検知できるようにしておく必要
がある。

【００１９】一方、ハーフトーン膜は一般的にＭｏＳ
ｉ、Ｃｒ等の酸・窒化膜が用いられており、Ａｒ＋Ｏ₂
又はＡｒ＋Ｏ₂ ＋Ｎ₂ ガスで反応性スパッタにより形成
される。ハーフトーン膜に要求される透過率（６〜１０
％）と屈折率（２．０〜２．５）とを同時に満足するた
めには、ある程度酸素および窒素の含有率が必要となる
ため、シート抵抗は従来のクロム膜と比較して飛躍的に
増大する。例えば、ＭｏＳｉは数十Ωであるのに対し
て、ＭｏＳｉＯＮは数百ＫΩとなる。

【００２０】このため、ハーフトーンマスクはシート抵
抗が大きくなるので、上記手法での終点検出ができない
という問題点がある。

【００２１】また、ハーフトーン膜をパターニングする
ためのレジストへのＥＢ露光時にチャージアップが起こ
る危険性もある。

【００２２】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、その目的は、ハーフトーン膜によ
る高い光コントラストを維持しながら、ステップアンド
リピート方式での露光の際の多重露光を防止し、ハーフ
トーンマスクの量産性を飛躍的に向上させるフォトマス
ク及びその製造方法並びにそのフォトマスクを用いた露
光方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に記載のフォトマスクは、露光
光を透過する透明基板と、上記露光光の位相を反転させ
る反転透過部と露光光の位相を変えない透過部とを有
し、上記反転透過部及び透過部によって上記透明基板上
にパターンを形成する半透明膜と、エッジがスクライブ
ラインの内側エッジに一致し、スクライブライン上及び
スクライブラインよりも外側領域の上記半透明膜上の位
置に積層された遮光膜とを有し、上記パターンはすべて
半透明膜のみで形成されていることを特徴としている。

【００２４】上記の構成によれば、ステップアンドリピ
ート方式で、ステッパ露光機による露光またはスキャン
露光において被投影露光面で多重露光される領域に対応
する半透明膜上の位置に遮光膜を相対位置精度良く配置
しているので、被投影露光面に多重露光領域が形成され
るのを防止することができる。これにより、多重露光領
域での膜減り等の欠陥を最小限に抑えることが可能とな
る。さらに、スクライブライン上のパターンも精度良く
転写可能である。

【００２５】また、従来のフォトマスク自動欠陥検査機
を用いて、遮光エリアにおけるピンホール欠陥等の検査
を行うことができる。このため、遮光性能をマスク段階
で保証することができ、半透明膜を用いたフォトマスク
を使用するリソグラフィ工程の量産性を飛躍的に向上さ
せることができる。

【００２６】請求項２に記載のフォトマスクの製造方法
は、請求項１に記載のフォトマスクを製造する方法であ
り、透明基板上に半透明膜、遮光膜、及びレジスト膜を
順次成膜する工程と、第１のエリアの上記レジスト膜
を、第２のエリアの上記レジスト膜よりも薄くし、その
後、第１のエリア内に上記半透明膜のパターンを形成す
るために上記レジスト膜をパターニングし、該レジスト
膜のパターンをマスクとして上記遮光膜および半透明膜
を除去する工程と、上記第１のエリアと第２のエリアと
のレジスト膜の膜厚差を利用して、第１のエリアのレジ
スト膜のみを完全に除去し、第２のエリアのレジスト膜
をマスクとして上記遮光膜を除去する工程とを有するこ
とを特徴としている。

【００２７】上記の方法によれば、レチクル上の任意の
位置に精度よく遮光膜を配置することができる。この結
果、容易に請求項１に記載のフォトマスクを形成するこ
とが可能となる。

【００２８】また、導電性を有する遮光膜を用いた場
合、レジストの露光時に半透明膜上にはクロム等の金属
が存在するので必要な導電性を得ることができる。した
がって、半透明膜をパターニングするためのレジストへ
のＥＢ露光時のチャージアップを確実に防止することが
できる。

【００２９】請求項３に記載のフォトマスクを用いた露
光方法は、請求項１に記載のフォトマスクを用いて半導
体基板に対してステップアンドリピート方式で露光する
ことによって、上記半導体基板上にパターンを形成する
工程を有することを特徴としている。

【００３０】上記の方法によれば、半導体基板に対して
露光する際に、半導体基板上で多重露光される領域に対
応する位置に遮光膜が配置されているフォトマスクを用
いるので、半導体基板上にパターンを形成する際に多重
露光を防止することができる。これにより、多重露光領
域での膜減り等の欠陥を最小限に抑えることが可能とな
る。また、スクライブライン上のパターンも含め、すべ
ての転写パターンが半透明膜のみで形成されているの
で、単一露光条件で同時に露光可能である。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図４、図６、及び図７に基づいて説明すれば、
以下の通りである。

【００３２】図３（ｂ）に示すように、本実施の形態に
係るフォトマスクは、露光光を透過する透明基板１に、
ハーフトーン膜（半透明膜）２及び遮光膜３がこの順に
積層された構成である。

【００３３】上記フォトマスクはステップアンドリピー
ト方式のステッパで使用され、図３（ａ）に示すよう
に、集積回路チップ領域を囲ってスクライブラインが定
義されている。このスクライブラインは、内側エッジＳ
Ｉと外側エッジＳＯとに囲まれた領域である。即ち、１
つのチップのデバイスパターンは内側エッジＳＩで囲ま
れた領域内に形成される。ここでは簡単に、チップ内パ
ターンを５ａ・５ａとして示す。尚、センターＳＣは、
スクライブラインのセンターラインを示す。また、ブラ
インドエッジＢＥはステッパのブラインド８（図４参
照）のエッジに対応する部分であり、ブラインドエッジ
ＢＥ内の領域に露光光が照射されることになる。

【００３４】ハーフトーン膜２は、上記露光光の位相を
反転させる反転透過部と透明基板１が露出した透過部
（開口部）とからなる。そして、上記反転透過部及び透
過部によって上記透明基板１上にウェハ上のレジスト
（被投影露光面）に転写するためのチップ内パターン５
ａ・５ａおよびスクライブライン領域内のパターン５ｂ
が形成されている。

【００３５】遮光膜３は、ステップアンドリピート方式
で露光する際に、ウェハ上のレジストに多重露光部がで
きないように遮光するものである。即ち、図３に示すよ
うに、遮光膜３は、内側エッジＳＩとフォトマスクの外
周とに囲まれる領域に配置される。

【００３６】但し、スクライブライン上に配置されるパ
ターン５ｂの周辺は、遮光膜３が選択的に除去されてい
る。尚、ハーフトーン膜２のパターンエッジと遮光膜３
のエッジとの間隔は、ハーフトーン膜２としての効果を
得られることを考えて所定量を取る必要があり、この所
定量はフォトマスク上で５μｍ程度である。また、除去
される遮光膜３のエッジは、スクライブラインの外側エ
ッジＳＯまたは内側エッジＳＩと一致させる必要は特に
ない。さらに、スクライブラインの一辺でパターン５ｂ
が存在する位置に向かい合うスクライブラインの他辺の
位置、つまり多重露光される位置には、パターンは存在
しない。これにより、スクライブライン上のパターン５
ｂも精度良く解像可能となる。

【００３７】図３のような所定のパターンが形成された
ハーフトーン膜２を有する透明基板７と遮光膜３とを備
えたフォトマスクをステッパに装着して、ステップアン
ドリピート方式で露光を行うとまず図４（ａ）に示すよ
うになる。即ち、遮光膜３によって露光光が遮られて、
被エッチング材１０に成膜されたレジスト９の露光領域
Ｉが露光される。

【００３８】次の領域を露光する場合にウェハが相対的
に図中の左側に移動するとすると、ステップピッチはス
クライブラインのセンターＳＣ・ＳＣ間の距離と等しい
ので、図４（ａ）に示す右側のセンターＳＣが図４
（ｂ）に示す左側のセンターＳＣに一致するようにステ
ップすることになる。このとき、図４（ａ）に示す右側
の遮光膜３のエッジ（外側エッジＳＯ）が図４（ｂ）に
示す左側の遮光膜３のエッジ（内側エッジＳＩ）に一致
することになるので、次の露光は露光領域Ｉとは重なり
を持たない露光領域IIに行われる。

【００３９】このように、露光領域Ｉと露光領域IIとは
重なり部分がないので、多重露光部は発生しない。した
がって、多重露光によるレジスト抜け、あるいは膜減り
等を防止することが可能となる。尚、少なくとも、ウェ
ハの進行方向ではブラインドエッジＢＥと内側エッジＳ
Ｉとの間の領域Ｄ、および上記進行方向とは逆側ではブ
ラインドエッジＢＥと外側エッジＳＯとの間の領域Ｅに
遮光膜３が配置されていれば図４の場合と同様の効果が
得られる。

【００４０】また、導電性を有する材料で遮光膜３を形
成した場合、従来のフォトマスク自動欠陥検査機を用い
て、遮光エリアにおけるピンホール欠陥等の検査を行う
ことができる。このため、遮光性能をマスク段階で保証
することができ、ハーフトーン膜２を用いたフォトマス
クを使用するリソグラフィ工程の量産性を飛躍的に向上
させることができる。

【００４１】尚、図３（ａ）の平面図ではフォトマスク
に１つのチップしか形成されていない場合を示したが、
１つのフォトマスクに複数チップの回路パターンが存在
する場合にも同様に遮光膜を配置することができる。こ
の場合には、複数のチップを１つの領域としたときの外
側のスクライブライン上に遮光膜を配置させればよい。

【００４２】図６は、１つのフォトマスクに４チップ分
のパターンが形成されたものを示している。４つのチッ
プ間はその間に形成されたスクライブラインによってそ
れぞれ分離され、さらに４つのチップを１つの領域とし
たときのチップ部６の周りにもスクライブラインが形成
される。各チップ内には、コンタクトホールなどのチッ
プ内パターン５ａが形成されている。

【００４３】遮光膜３は、チップ部６の外周（内側エッ
ジＳＩ）よりも外側の領域に形成される。ここで、５ｂ
はスクライブライン上に形成されるパターンで、５ｃは
フォトマスクをウェハに位置合わせするためのアライメ
ントマークである。少なくともパターン５ｂを含む周辺
領域には図３の場合と同様に遮光膜３は形成されていな
い。

【００４４】スクライブライン上に配置されるパターン
５ｂは、通常５か所程度配置される。それらは露光領域
の離れた位置に配置することが好ましい。図７は、図６
のパターン５ｂ周辺部の拡大図である。パターン５ｂは
ハーフトーン膜２のみで形成され、パターン５ｂのエッ
ジから所定量離れた位置に遮光膜３が存在している。

【００４５】次に、図１を用いて、上記フォトマスクの
製造工程を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、
石英基板などである透明基板１上にハーフトーン膜２を
形成する。その上にクロム（Ｃｒ）等の遮光性及び導電
性（数十Ω）を有する材料を用いてスパッタ等により遮
光膜３を成膜する。続いて、レジスト４を約５０００Å
程度塗布する。

【００４６】尚、ハーフトーン膜２は、モリブデンシリ
サイド酸化窒化物（ＭｏＳｉＯＮ）、クロム酸化窒化物
（ＣｒＯＮ）等の酸窒膜のほか、所定の透過率を有する
膜であれば使用可能である。また、ハーフトーン膜２の
膜厚は位相シフト効果を得る厚さとする。例えば、Ｍｏ
ＳｉＯＮでは、ｉ線ステッパ使用で１６５ｎｍの厚さが
必要となる。また、必要な透過率は例えば、ｉ線で６〜
８％程度であればよい。

【００４７】遮光膜３は、薄膜で光学濃度が約３．０程
度（２．９以上）のものであれば使用可能である。クロ
ムの場合、１００ｎｍで光学濃度が約３．０なので、Ｃ
ｒ膜の厚さは約１００ｎｍ必要となる。但し、ハーフト
ーン膜２にＣｒＯＮ膜を用いた場合、エッチングの際の
選択比を十分に得られないため、遮光膜３としてＣｒ膜
は用いられない。したがって、ハーフトーン膜２と遮光
膜３との組み合わせは適宜選択する必要がある。遮光膜
３としてクロムを使用できないときには、ＭｏＳｉやＭ
ｏを用いればよい。この場合の厚さはＣｒ膜と同程度で
もよいが、光学濃度はクロムよりも少し低めであるので
その分少し厚めに形成すればよい。尚、ＭｏＳｉは遮光
性が高いので、これにＯやＮを加えて透過性を増加させ
半透明膜として使用する。

【００４８】また、フォトマスクの露光エリア（ステッ
パのブラインド８（図４参照）なしの部分）は、図１
（ｂ）に示す完全遮光エリアＡ（第２のエリア）、パタ
ーン形成エリアＢ（第１のエリア）、及び透光エリアＣ
からなる。完全遮光エリアＡは、パターニング後に遮光
膜３（／ハーフトーン膜２／透明基板１）が残るエリア
であり、パターン形成エリアＢは所望のパターンがハー
フトーン膜２のみで形成されるエリアであり、透光エリ
アＣは遮光膜３及びハーフトーン膜２が除去されるエリ
アである。

【００４９】露光工程において、完全遮光エリアＡは未
露光部となるように、パターン形成エリアＢは露光現像
後のレジスト４の残膜厚が完全遮光エリアＡにおける残
膜厚の約１／２となるように露光量を調整する（図１
（ａ）参照）。パターン形成エリアＢの露光量は、通
常、完全にレジスト４を除去し得る必要露光量の１／３
程度である。一般に、ＥＢレジストはフォトレジストと
比較して、γ値（露光量に対するレジスト残膜の変化
率）が小さいため、この制御は技術的に十分可能であ
る。また、透光エリアＣはパターン形成エリアＢの露光
の際、同条件で連続的に露光し、さらにレジストパター
ンニングに不足する露光量を追加露光する。例えば、最
初の露光で１．０μＣ／ｃｍ² の露光量で露光し、１．
８μＣ／ｃｍ² の露光量で追加露光する。

【００５０】以上の露光及び現像工程により、レジスト
４は、図１（ｂ）に示す断面形状となる。この際、レジ
スト４の厚い所では約４２００Å程度、薄い所では約２
１００Å程度である。

【００５１】次に、遮光膜３のウェットエッチングを行
う。遮光膜３にクロムを用い、エッチャントに硝酸第二
セリウムアンモニウムを使用した場合、下地（ハーフト
ーン膜２）との選択性は十分であり、下地の劣化は全く
生じない。下地の劣化、即ちハーフトーン膜２の膜減り
が生じた場合、次のハーフトーン膜２のエッチングの際
のエッチングの均一性が得られず、透明基板１へのダメ
ージが与えられるので好ましくない。

【００５２】次に、ハーフトーン膜２のドライエッチン
グを行う（図１（ｃ）参照）。この際、レジスト４と同
時に下層の遮光膜３がマスクとなるため、ドライエッチ
ングガスにＣＦ₄ とＯ₂ とを用いると、マスクにレジス
ト４のみを用いた場合に比べてハーフトーン膜２とマス
キング材料との選択比が飛躍的に向上する。

【００５３】その後、全面にＯ₂ プラズマアッシングを
行い、レジスト４の膜厚が薄い領域（パターン形成エリ
アＢ）のみ完全にレジスト除去する。この結果、完全遮
光エリアＡの膜厚は初めの約半分になる（図１（ｄ）参
照）。そして、再度、遮光膜３のウェットエッチングを
行う（図１（ｅ）参照）。

【００５４】尚、遮光膜３を除去する際に、下地のハー
フトーン膜２に膜減りが生じると位相シフト効果が得ら
れないので、遮光膜３のエッチングは高い選択性が必要
である。そのため、ウェットエッチングを用いる。

【００５５】また、クロムの除去を異方性エッチングに
て行うと、除去領域の中央部と周辺部とでパターン依存
によるエッチングレート差が生じる。つまり、エッチン
グによって単位時間当たりに除去される遮光膜３の厚さ
が中央部と周辺部とで異なってしまい、そのためにオー
バーエッチングを行うと下地のハーフトーン膜２の膜減
りが生じてしまう。したがって、遮光膜３はウェットエ
ッチングで除去する方が好ましい。

【００５６】最後に、レジスト４を完全に除去すること
によって、パターン形成エリアＢ及び透光エリアＣでは
露光光の位相を反転するハーフトーン膜２にてパターン
が規定され、完全遮光エリアＡではハーフトーン膜２と
遮光膜３との積層膜で覆われたフォトマスクが形成され
る。

【００５７】以上の工程により、デバイス製造上必要と
なるハーフトーン膜上の完全な遮光エリアを露光量を調
整することによって任意に配置することが可能となる。
即ち、ステップアンドリピート方式での露光の際の多重
露光を防止するための遮光膜３をレチクル上の特定の位
置に高い位置精度で設定でき、図３及び図６に示すよう
なフォトマスクを安定して製造することができる。この
遮光膜３を最適化したフォトマスクは、上記のように多
重露光を防止し、且つ、ウェハ上のレジストパターンの
焦点深度向上効果を得るために必要なハーフトーンパタ
ーン本来の機能を維持することが可能である。

【００５８】図２（ｂ）に、図２（ａ）のフォトマスク
における位置と透過光の振幅の関係を示す。これによれ
ば、遮光膜３によって露光光は完全に遮光され、ハーフ
トーン膜２によってパターンの境界での光強度がゼロに
なっていることがわかる。

【００５９】また、フォトマスクの製造工程において、
導電性を有する遮光膜３を用いた場合、レジスト４の露
光時にハーフトーン膜２上にはクロム等の金属が存在す
るので必要な導電性を得ることができる。したがって、
ハーフトーン膜２をパターニングするためのレジスト４
へのＥＢ露光時のチャージアップを確実に防止すること
ができる。

【００６０】さらに、フォトマスク表面のシート抵抗が
小さいので、ＥＢレジストの単枚ディップ現像におい
て、レジスト４の現像の終点検出を高精度かつ安定的に
確保することが可能となる。この結果、ハーフトーンマ
スクの寸法精度向上を図ることができる。

【００６１】尚、本発明の製造工程において、遮光膜３
のパターンとハーフトーン膜２のパターンとを別々のレ
ジストパターンを用いて形成することも考えられる。し
かしながら、この場合には２回のレジストパターン形成
工程が必要であり、工程数が増えるだけでなく、クロム
が薄膜であるためアライメント信号が取りにくいため、
２回のレジストパターン形成時の位置合わせが困難であ
る。つまり、１回目のレジストパターン形成時にアライ
メントマークも形成しておき、このアライメントマーク
に基づいて位置合わせを行ってから２回目のレジストパ
ターンを形成しなければならない。

【００６２】上記アライメントマークによる位置合わせ
精度よりも、本実施の形態のＥＢ露光の２回連続露光時
の位置合わせ精度（±０．００５μｍ）の方が高い。し
たがって、ＥＢ露光の特徴を利用することによって、簡
単で制御性のよいフォトマスクを製造することができ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
フォトマスクは、露光光を透過する透明基板と、上記露
光光の位相を反転させる反転透過部と露光光の位相を変
えない透過部とを有し、上記反転透過部及び透過部によ
って上記透明基板上にパターンを形成する半透明膜と、
エッジがスクライブラインの内側エッジに一致し、スク
ライブライン上及びスクライブラインよりも外側領域の
上記半透明膜上の位置に積層された遮光膜とを有し、上
記パターンはすべて半透明膜のみで形成されている構成
である。

【００６４】これにより、被投影露光面に多重露光領域
が形成されるのを防止することができるので、多重露光
領域での膜減り等の欠陥を最小限に抑えることが可能と
なる。また、従来のフォトマスク自動欠陥検査機を用い
て、遮光エリアにおけるピンホール欠陥等の検査を行う
ことができる。この結果、遮光性能をマスク段階で保証
することができ、半透明膜を用いたフォトマスクを使用
するリソグラフィ工程の量産性を飛躍的に向上させるこ
とができるという効果を奏する。

【００６５】請求項２に記載のフォトマスクの製造方法
は、請求項１に記載のフォトマスクを製造する方法であ
り、透明基板上に半透明膜、遮光膜、及びレジスト膜を
順次成膜する工程と、第１のエリアの上記レジスト膜
を、第２のエリアの上記レジスト膜よりも薄くし、その
後、第１のエリア内に上記半透明膜のパターンを形成す
るために上記レジスト膜をパターニングし、該レジスト
膜のパターンをマスクとして上記遮光膜および半透明膜
を除去する工程と、上記第１のエリアと第２のエリアと
のレジスト膜の膜厚差を利用して、第１のエリアのレジ
スト膜のみを完全に除去し、第２のエリアのレジスト膜
をマスクとして上記遮光膜を除去する工程とを有する構
成である。

【００６６】これにより、レチクル上の任意の位置に精
度よく遮光膜を配置することができるので、容易に本発
明の上記フォトマスクを形成することが可能となる。ま
た、レジストの露光時に必要な導電性を得ることができ
るので、半透明膜をパターニングするためのレジストへ
のＥＢ露光時のチャージアップを確実に防止することが
できるという効果を奏する。

【００６７】請求項３に記載のフォトマスクを用いた露
光方法は、請求項１に記載のフォトマスクを用いて半導
体基板に対してステップアンドリピート方式で露光する
ことによって、上記半導体基板上にパターンを形成する
工程を有する構成である。

【００６８】これにより、半導体基板に対して露光する
際に、半導体基板上で多重露光される領域に対応する位
置に遮光膜が配置されているフォトマスクを用いるの
で、半導体基板上にパターンを形成する際に多重露光を
防止することができる。この結果、多重露光領域での膜
減り等の欠陥を最小限に抑えることが可能となるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるフォトマスクの製
造方法を示す説明図である。

【図２】（ａ）は上記フォトマスクの断面図であり、
（ｂ）は（ａ）のフォトマスクを用いた場合のフォトマ
スクを通過した光の振幅分布を示す分布図である。

【図３】（ａ）は上記フォトマスクの平面図であり、
（ｂ）は（ａ）のフォトマスクのＸ−Ｘ断面図である。

【図４】上記フォトマスクを用いてステップアンドリピ
ート方式で露光した場合の露光領域を示す説明図であ
る。

【図５】従来のフォトマスクを用いてステップアンドリ
ピート方式で露光した場合の露光領域を示す説明図であ
る。

【図６】（ａ）は本実施の形態において１つのフォトマ
スクに４チップ分のパターンが形成されたフォトマスク
の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のフォトマスクのＹ−
Ｙ断面図である。

【図７】スクライブライン上に形成されたパターンの拡
大図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ ハーフトーン膜（半透明膜） ３ 遮光膜 ４・９ レジスト ５ａ チップ内パターン ５ｂ パターン ６ チップ部 ７ 所定のパターンが形成されたハーフトーン膜を有
する透明基板 ８ ブラインド １０ 被エッチング材（半導体基板）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】露光光を透過する透明基板と、 上記露光光の位相を反転させる反転透過部と露光光の位
   相を変えない透過部とを有し、上記反転透過部及び透過
   部によって上記透明基板上にパターンを形成する半透明
   膜と、 エッジがスクライブラインの内側エッジに一致し、スク
   ライブライン上及びスクライブラインよりも外側領域の
   上記半透明膜上の位置に積層された遮光膜とを有し、 上記パターンはすべて半透明膜のみで形成されているこ
   とを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】透明基板上に半透明膜、遮光膜、及びレジ
   スト膜を順次成膜する工程と、 第１のエリアの上記レジスト膜を、第２のエリアの上記
   レジスト膜よりも薄くし、その後、第１のエリア内に上
   記半透明膜のパターンを形成するために上記レジスト膜
   をパターニングし、該レジスト膜のパターンをマスクと
   して上記遮光膜および半透明膜を除去する工程と、 上記第１のエリアと第２のエリアとのレジスト膜の膜厚
   差を利用して、第１のエリアのレジスト膜のみを完全に
   除去し、第２のエリアのレジスト膜をマスクとして上記
   遮光膜を除去する工程とを有することを特徴とする請求
   項１に記載のフォトマスクの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載のフォトマスクを用いて半
   導体基板に対してステップアンドリピート方式で露光す
   ることによって、上記半導体基板上にパターンを形成す
   る工程を有することを特徴とするフォトマスクを用いた
   露光方法。